TWI552026B - 手持式指向裝置 - Google Patents

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Description

手持式指向裝置
本發明是有關於光學式觸控技術之領域，且特別是有關於一種手持式指向裝置。
手持式指向裝置一般係用以與一主機、一顯示裝置與二個參考光源搭配使用。就目前之技術來說，手持式指向裝置係利用其內建之影像感測模組來感測位於顯示裝置之顯示面附近的二個參考光源，藉以擷取包含這二個參考光源的影像。在取得包含這二個參考光源的影像之後，手持式指向裝置會計算出這二個參考光源的影像在所擷取影像中的座標位置，並將計算出的座標位置傳送至主機，使得主機可據以控制顯示裝置所顯示之畫面上的物件，例如是控制畫面上之游標。
然而，當使用者將握著手持式指向裝置的手的手腕旋轉180度時，影像感測模組所擷取的影像也會跟著旋轉180度，以圖1、圖2與圖3來進一步解釋之。圖1係繪示手持式指向裝置隨著使用者的手腕旋轉的情況，圖2為影像感測模組於手持式指向裝置旋轉前所擷取到之影像的示意圖，而圖3為影像感測模組於手持式指向裝置旋轉後所擷取到之影像的示意圖。在圖2與圖3中，標示202與204係表示前述二個參考光源之影像。如圖1所示，當使用者沿著手持式指向裝置100之主體102的軸向(在此例為主體102之長軸)持握，且使用者將握著手持式指向裝置的手的手腕旋轉180度時，影像感測模組所擷取的影像會由圖2所示之影像旋轉180度而成為圖3所示 之影像。而由圖2與圖3所示影像中之二個參考光源的影像的位置可知，影像感測模組在手持式指向裝置旋轉後所擷取的影像相較於影像感測模組在手持式指向裝置旋轉前所擷取的影像，會有上下顛倒且左右相反的情況。
經由上述說明可知，在使用者將握著手持式指向裝置的手的手腕旋轉180度後，手持式指向裝置所指的方向並沒有改變，然而此時手持式指向裝置所計算的卻是上述二個參考光源的影像在手持式指向裝置旋轉後所擷取的影像中的座標位置。因此，若是主機根據此時之手持式指向裝置所計算的座標位置來控制顯示裝置所顯示之畫面上的物件，便會發生錯誤。
本發明提供一種手持式指向裝置，其可避免主機發生前述錯誤。
本發明提出一種手持式指向裝置，其包括有一主體、一影像感測模組、一加速度感測模組與一處理電路。影像感測模組係設置於主體中，用以擷取一影像，此影像包含至少一參考光源，並產生一光學感測信號。加速度感測模組亦設置於主體中，用以感測二個維度的加速度值，其中當這二個維度的加速度值之和的絕對值落於一預定加速度範圍，則產生一加速度感測信號。處理電路用以接收光學感測信號與加速度感測信號，並產生一輸出信號。
本發明另提出一種手持式指向裝置，其包括有一主體、一影像感測模組、一加速度感測模組與一處理電路。影像感測模組係設置於主體中，用以擷取一影像，此影像包含至少一參考光源，並產生一光學感測信號來代表參考光源在影像中的座標 位置。加速度感測模組亦設置於主體中，用以感測第一加速度值、第二加速度值與第三加速度值，其中第一加速度值、第二加速度值與第三加速度值分別代表主體在空間上三個維度的加速度值。當第一加速度值、第二加速度值與第三加速度值之和的絕對值落於一預定加速度範圍，加速度感測模組便產生一加速度感測信號來代表第一加速度值與第二加速度值之比。至於處理電路，其用以接收光學感測信號與加速度感測信號，並產生一輸出信號。
本發明再提出一種手持式指向裝置，其包括有一主體、一影像感測模組與一處理電路。上述主體具有一軸向，並用以提供一使用者沿其軸向持握。影像感測模組係設置於主體中，用以感測具有一圖騰形狀之一參考光源，藉以擷取包含此參考光源之影像。處理電路亦設置於主體中，並電性連接影像感測模組，以取得包含上述參考光源之影像。處理電路還依據上述圖騰形狀在影像中的旋轉角度來計算出主體沿其軸向的旋轉角度。
本發明解決前述問題的其中一種方式，乃是在手持式指向裝置中增設加速度感測模組，以利用此加速度感測模組感測至少二個維度的加速度值。當這二個維度的加速度值之和的絕對值落於一預定加速度範圍時，加速度感測模組便產生一加速度感測信號來代表這二個維度的加速度值之比。因此，當使用者將握著手持式指向裝置的手的手腕旋轉180度時，手持式指向裝置便可依據加速度感測信號來修正所計算出之參考光源的座標位置。如此一來，主機便可根據手持式指向裝置修正後的座標位置來控制顯示裝置所顯示之畫面上的物件，而不會發生錯誤。
此外，本發明解決前述問題的另一種方式，乃是利用手持式指向裝置中的影像感測模組去感測具有一圖騰形狀之一參考光源，藉以使影像感測模組擷取包含此參考光源之影像，然後手持式指向裝置再依據上述圖騰形狀在影像中的旋轉角度來計算出手持式指向裝置之主體沿其軸向的旋轉角度。因此，當使用者將握著手持式指向裝置的手的手腕旋轉180度時，手持式指向裝置便可依據計算出的旋轉角度來修正所計算出之參考光源的座標位置。如此一來，主機便可根據手持式指向裝置修正後的座標位置來控制顯示裝置所顯示之畫面上的物件，而不會發生錯誤。
為讓本發明之上述和其他目的、特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉較佳實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下。
圖4為依照本發明一實施例之手持式指向裝置的透視圖。請參照圖4，此手持式指向裝置400包括有主體410、影像感測模組420、加速度感測模組430與處理電路440。在此例中，影像感測模組420、加速度感測模組430與處理電路440皆設置於主體410中。影像感測模組420係用以擷取一影像，此影像包含至少一參考光源(例如是一發光中的紅外線二極體)的影像，並產生一光學感測信號來代表參考光源在所擷取影像中的座標位置。
加速度感測模組430用以感測加速度值VX、加速度值VY與加速度值VZ，其中加速度值VX、加速度值VY與加速度值VZ分別代表主體410在空間上之三個維度(分別以X、Y與Z這三個軸來表示)的加速度值。在此例中，加速度感測模組430 包括有三個加速度感測器(分別以430-1~430-3來標示)與一個控制電路430-4。加速度感測器430-1、430-2與430-3分別用以感測加速度值VX、加速度值VY與加速度值VZ，並分別將感測到的加速度值輸出至控制電路430-4。而控制電路430-4會去判斷加速度值VX、加速度值VY與加速度值VZ之和的絕對值是否落於一預定加速度範圍，所述之預定加速度範圍例如是一重力單位(g)。當判斷結果為是時，控制電路430-4便產生一加速度感測信號來代表其中二個加速度值之比，例如是代表加速度值VX與加速度值VY之比。
由於影像感測模組420所擷取之影像的長邊係設定為平行於X軸，而影像感測模組420所擷取之影像的短邊係設定為平行於Y軸，因此當使用者握著手持式指向裝置400而停懸在空中，並使得加速度感測器430-2的感應軸實質上平行於重力方向，而加速度感測器430-1與430-3的感應軸皆實質上垂直於重力方向時，加速度值VY為+g或-g的其中之一，而加速度值VX與VZ皆為零。反之，當使用者握著手持式指向裝置400而停懸在空中，並將握著手持式指向裝置的手的手腕旋轉180度，使得影像感測模組420所擷取的影像也跟著旋轉180度，且使得加速度感測器430-2的感應軸仍實質上平行於重力方向，而加速度感測器430-1與430-3的感應軸仍皆實質上垂直於重力方向時，加速度值VY為+g或-g的其中另一，而加速度值VX與VZ皆為零。
因此，控制電路430-4可以去判斷加速度值VX、加速度值VY與加速度值VZ之和的絕對值是否落於一重力單位。當判斷結果為否時，表示此時手持式指向裝置400受一外力而突然移動，因此控制電路430-4不輸出任何信號。而當判斷結果為 是時，控制電路430-4便可產生一加速度感測信號來代表加速度值VX與加速度值VY之比。由於加速度感測信號可來代表加速度值VX與加速度值VY之比，因此處理電路440在接收到光學感測信號與加速度感測信號後，便可依據加速度感測信號來判斷主體410沿其軸向的旋轉角度，並可依據加速度感測信號來修正光學感測信號中的座標位置，據以產生一輸出信號。如此一來，與手持式指向裝置400搭配使用的主機便可根據此輸出信號來控制顯示裝置所顯示之畫面上的物件，例如是控制畫面上之游標，而不會發生錯誤。
以下將說明光學感測信號中之座標位置的修正方式，並以單一個參考光源為例。假設影像感測模組420所擷取之影像的形狀為矩形，且此影像之長邊係平行於加速度感測器430-1的感應軸，此影像的短邊係平行於加速度感測器430-2的感應軸，而這二個感應軸的相交處為此影像的左上角。那麼，光學感測信號所代表之參考光源在所擷取影像中的座標位置可依下列六式依序計算，進而得到修正後的座標位置：X'=X-ImageWidth/2………(1)
Y'=Y-ImageHeight/2………(2)
X"=X'cosθ+Y'sinθ………(3)
Y"=-X'sinθ+Y'cosθ………(4)
X'''=X"+ImageWidth/2………(5)
Y'''=Y"+ImageHeight/2………(6)其中X、X’、X”與X'''皆表示參考光源的X座標，Y、Y’、Y”與Y'''皆表示參考光源的Y座標，其中X為光學感測信號所代表之參考光源的X座標，Y為光學感測信號所代表之參考光源的Y座標，X'''為修正後之參考光源的X座標，而Y'''為修 正後之參考光源的Y座標。ImageWidth表示影像寬度(即影像之長邊的長度)，而ImageHeight表示影像高度(即影像之短邊的長度)。此外，在上述六個式子中，cosθ=|Vy|/|gxy|，sinθ=|Vx|/|gxy|，而，其中VX為加速度感測器430-1 所感測到的加速度值，Vy為加速度感測器430-2所感測到的加速度值，而gxy為依照加速度值VX與Vy所計算出來的重力加速度的大小。
根據上述的說明，本領域具有通常知識者當知本發明之手持式指向裝置所採用的加速度感測模組亦可僅用以感測二個維度的加速度值，例如僅用以感測加速度值VX與VY。當這二個維度的加速度值之和的絕對值落於一預定加速度範圍，加速度感測模組就可對應產生一加速度感測信號來表示上述二個維度的加速度值之比。此外，根據上述的說明，本領域具有通常知識者當知前述之各手持式指向裝置亦可僅與單一參考光源搭配使用。
圖5為依照本發明另一實施例之手持式指向裝置的透視圖。請參照圖5，此手持式指向裝置500包括有主體510、影像感測模組520與處理電路540。在此例中，影像感測模組520與處理電路540皆設置於主體510中。主體510具有一軸向(即Z軸)，並用以提供使用者沿其軸向持握。影像感測模組520用以感測具有一圖騰形狀之一參考光源，藉以擷取包含此參考光源之影像，並據以產生一光學感測信號來代表上述參考光源在影像中的座標位置。圖6即繪示其中一種圖騰形狀。至於處理電路540，其電性連接影像感測模組520，以取得包含上述參考光源之影像與光學感測信號。此處理電路540還用以依據上述圖騰形狀在影像中的旋轉角度來計算出主體510沿其軸 向的旋轉角度。圖7即繪示圖6所示圖騰形狀於旋轉180度後的情況。
因此，當使用者將握著手持式指向裝置500的手的手腕旋轉180度時，處理電路540便可依據上述圖騰形狀在影像中的旋轉角度來修正參考光源的座標位置。如此一來，主機便可根據手持式指向裝置500修正後的座標位置來控制顯示裝置所顯示之畫面上的物件，而不會發生錯誤。
圖8繪示另一種圖騰形狀，而圖9繪示圖8所示圖騰形狀於旋轉90度後的情況。如圖8與圖9所示，當使用者將握著手持式指向裝置500的手的手腕旋轉90度時，處理電路540便可依據上述圖騰形狀在影像中的旋轉角度來修正參考光源的座標位置。舉例來說，處理電路540可依據圖8與圖9所示之L形圖騰之長軸802與短軸804的相對位置來判斷此L形圖騰在影像中的旋轉角度。
值得一提的是，本發明所述之每一參考光源可以是由單一個發光元件來實現、由多個發光元件來實現、由單一個反光元件來實現、或是由多個反光元件來實現。當以單一個發光元件來一參考光源實現時，那麼此發光元件所具有之一出光面便應具有一預定的圖騰形狀，例如是前述之圖騰形狀。當以多個發光元件來實現一參考光源時，那麼這些發光元件便應排列成一預定的圖騰形狀。當以單一個反光元件來實現一參考光源時，那麼此反光元件所具有之一反光面便應具有一預定的圖騰形狀。當然，此反光面可以是僅用以反射具有特定波長的光線，例如是反射紅外線光。所述之紅外線光可以是由外部光源所提供，而此外部光源例如可以設置在一遙控器上。此外，當以多個反光元件來實現一參考光源時，那麼這些反光元件便應排列 成一預設的圖騰形狀。同樣地，這些反光單元也可以是皆用以反射具有特定波長的光線。
綜上所述，本發明解決前述問題的其中一種方式，乃是在手持式指向裝置中增設加速度感測模組，以利用此加速度感測模組感測至少二個維度的加速度值。當這二個維度的加速度值之和的絕對值落於一預定加速度範圍時，加速度感測模組便產生一加速度感測信號來代表這二個維度的加速度值之比。因此，當使用者將握著手持式指向裝置的手的手腕旋轉180度時，手持式指向裝置便可依據加速度感測信號來修正所計算出之參考光源的座標位置。如此一來，主機便可根據手持式指向裝置修正後的座標位置來控制顯示裝置所顯示之畫面上的物件，而不會發生錯誤。
此外，本發明解決前述問題的另一種方式，乃是利用手持式指向裝置中的影像感測模組去感測具有一圖騰形狀之一參考光源，藉以使影像感測模組擷取包含此參考光源之影像，然後手持式指向裝置再依據上述圖騰形狀在影像中的旋轉角度來計算出手持式指向裝置之主體沿其軸向的旋轉角度。因此，當使用者將握著手持式指向裝置的手的手腕旋轉180度時，手持式指向裝置便可依據計算出的旋轉角度來修正所計算出之參考光源的座標位置。如此一來，主機便可根據手持式指向裝置修正後的座標位置來控制顯示裝置所顯示之畫面上的物件，而不會發生錯誤。
雖然本發明已以較佳實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何熟習此技藝者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作些許之更動與潤飾，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。
100、400、500‧‧‧手持式指向裝置
102、410、510‧‧‧主體
104、420、520‧‧‧影像感測模組
202、204‧‧‧參考光源之影像
430‧‧‧加速度感測模組
430-1~430-3‧‧‧加速度感測器
430-4‧‧‧控制電路
440、540‧‧‧處理電路
802‧‧‧長軸
804‧‧‧短軸
VX、VY、VZ‧‧‧加速度值
圖1繪示手持式指向裝置隨著使用者的手腕旋轉的情況。
圖2為影像感測模組於手持式指向裝置旋轉前所擷取到之影像的示意圖。
圖3為影像感測模組於手持式指向裝置旋轉後所擷取到之影像的示意圖。
圖4為依照本發明一實施例之手持式指向裝置的透視圖。
圖5為依照本發明另一實施例之手持式指向裝置的透視圖。
圖6繪示其中一種圖騰形狀。
圖7繪示圖6所示圖騰形狀於旋轉後的情況。
圖8繪示另一種圖騰形狀。
圖9繪示圖8所示圖騰形狀於旋轉90度後的情況。
400‧‧‧手持式指向裝置
410‧‧‧主體
420‧‧‧影像感測模組
430‧‧‧加速度感測模組
430-1~430-3‧‧‧加速度感測器
430-4‧‧‧控制電路
440‧‧‧處理電路
VX、VY、VZ‧‧‧加速度值

Claims (5)

  1. 一種手持式指向裝置，包括：一主體；一影像感測模組，設置於該主體中，用以擷取一影像，該影像包含至少一參考光源，並產生一光學感測信號；一加速度感測模組，設置於該主體中，用以感測二個維度的加速度值，其中當該二個維度的加速度值之和的絕對值落於一預定加速度範圍，則產生一加速度感測信號；以及一處理電路，接收該光學感測信號與該加速度感測信號，並產生一輸出信號。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之手持式指向裝置，其中該加速度感測信號為該二個維度的加速度值之比。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之手持式指向裝置，其中該預定加速度範圍包含一重力單位。
  4. 一種手持式指向裝置，包括：一主體；一影像感測模組，設置於該主體中，用以擷取一影像，該影像包含至少一參考光源，並產生一光學感測信號代表該參考光源在該影像中的座標位置；一加速度感測模組，設置於該主體中，用以感測一第一加速度值、一第二加速度值與一第三加速度值，其中該第一加速度值、該第二加速度值與該第三加速度值分別代表該主體在空 間上三個維度的加速度值，其中當該第一加速度值、該第二加速度值與該第三加速度值之和的絕對值落於一預定加速度範圍，則產生一加速度感測信號代表該第一加速度值與該第二加速度值之比；以及一處理電路，接收該光學感測信號與該加速度感測信號，並產生一輸出信號。
  5. 如申請專利範圍第4項所述之手持式指向裝置，其中該預定加速度範圍包含一重力單位。
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